可變剛度的內鏡手術器械外護套的制作方法
【專利摘要】一種微創手術器械【技術領域】的可變剛度的內鏡手術器械外護套,其由若干可變剛度柔性單元串聯組成,每個單元包括:器械通道、柔性高伸縮率氣囊、剛性連接件、剛性絲及圓盤，在每個柔性單元中，剛性絲穿過若干剛性連接件并與其剛性連接，剛性連接件上的圓孔套在氣囊的最小直徑位置將三個柔性高伸縮率氣囊連接在一起，三個柔性高伸縮率氣囊的兩端均分別與第一圓盤、第二圓盤相連接。通過控制氣囊內部氣壓，可實現空間彎曲及變剛度的目的。本發明作為內鏡手術器械進入體內的外護套，能夠順應人體腔道的生理彎曲，避免對內壁組織的壓迫，在到達病患位置后通過變剛度，為手術器械提供力學支撐，可在保證微創內鏡手術安全性的前提下，更有效的開展手術。
【專利說明】可變剛度的內鏡手術器械外護套
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種微創醫療器械領域的手術器械外護套，尤其是一種為內鏡手術器械提供進出人體的通道，提高微創內鏡手術器械靈活性及手術安全性的可變剛度的內鏡手術器械外護套。
【背景技術】
[0002]經自然腔道內鏡手術是以軟式內鏡為治療工具，不經皮膚切口，而通過口、陰道、結直腸等自然腔道對腹腔疾病進行治療的微創外科治療方法，與腹膜和腹腔臟器接觸較少，可以降低傳統開腹外科和腹腔鏡手術造成的創傷，減輕術后疼痛，并避免創口感染、切口疝及腸梗阻等并發癥。目前，由于手術器械的功能限制，利用現有手術器械在臨床上只能實施經口或經陰道等對器械性能要求不高的手術，同時為避免在手術過程中造成不必要的組織損傷等問題，需要對外科醫生進行較長時間的培訓來降低手術風險。在經自然腔道內鏡手術過程中，從器械操作上可分為兩個階段:首先將較長尺度(一般大于30cm)的內鏡導管通過人體自然腔道插入體內深部，其次在器械末端到達患部后進行各類外科診斷與手術治療。在第一階段中，由于人體的自然腔道形狀與解剖結構復雜(如結腸)，周圍血管神經密布，組織極易受損，要求手術器械具有較高的徑向柔性和軸向剛度，并能在三維空間內靈活順應腔道形狀的特性才能保證手術的安全性；而在第二階段中手術器械要在靠近手術區域的內鏡器械末端進行手術操作，這就要求器械整體在該階段具備較高的剛度才能為末端提供力學支撐，同時通過保持其本身的形狀以避免形成對腔道及周圍組織的牽扯而造成損傷，達到安全、準確手術操作的目的。由于目前臨床上使用的軟式內鏡不能同時滿足這兩個要求，對新型器械技術的迫切需求已成為醫療工作者的共識。研發具有高靈活性且剛度可變的內鏡輔助器械成為經自然腔道內鏡手術器械革新的技術重點和難點。
[0003]經對現有技術文獻的檢索發現,在文獻“Yagi, Akihiko, et al."Rigid-flexibleouter sheath model using slider linkage locking mechanism and air pressurefor endoscopic surgery."Medical Image Computing and Computer-AssistedIntervention - MICCAI2006.Springer Berlin Heidelberg, 2006.503-510.，，中提出一種內窺鏡外護套裝置，可實現在柔性和剛性兩種狀態的轉換。它包括:鞘單元、彈簧、連桿、通氣管及單側具有齒條機構并可嚙合的滑塊和制動塊。工作原理為:起初滑塊與制動塊分離，滑塊的上下移動實現機構的彎曲，當向通氣管內施加氣壓后，制動塊被向上頂起與滑塊嚙合鎖定外護套形狀。但該裝置結構復雜，且只能實現二維彎曲，對腔道環境適應性差，鎖定裝置只能起到鎖定形狀的作用而無法實現自由變剛度。
【發明內容】
[0004]本發明針對上述現有 技術的不足，提供一種基于柔性連續體的形狀與剛度控制一體化的內鏡器械外護套，為內鏡手術器械提供進出體內的通道，提高器械的靈活性及手術的安全性。[0005]本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明包括若干可變剛度柔性單元串聯組成，每個柔性單元包括:第一柔性高伸縮率氣囊、第二柔性高伸縮率氣囊、第三柔性高伸縮率氣囊、剛性連接件、剛性絲、第一圓盤、第二圓盤、器械通道、進氣口和導氣管通道；在每個柔性單元中，剛性絲穿過若干剛性連接件并與其剛性連接，剛性連接件上的圓孔套在氣囊的最小直徑位置將三個柔性高伸縮率氣囊連接在一起，三個柔性高伸縮率氣囊的兩端均分別與第一圓盤、第二圓盤相連接，器械通道位于剛性連接件的中心處，進氣口和導氣管通道均布置在第二圓盤上；多節可變剛度柔性單元均通過第一圓盤和第二圓盤串接在一起。
[0006]進一步地，在本發明中，剛性絲為不可伸縮剛性絲，三個柔性高伸縮率氣囊縱截面均為S型彎曲形狀。
[0007]更進一步地，在本發明中，第一柔性高伸縮率氣囊、第二柔性高伸縮率氣囊、第三柔性高伸縮率氣囊沿剛性絲呈圓周對稱排列。
[0008]更進一步地，在本發明中，第一柔性高伸縮率氣囊、第二柔性高伸縮率氣囊、第三柔性高伸縮率氣囊均通過氣動方式驅動。
[0009]在本發明的工作過程中，柔性高伸縮率氣囊在氣動驅動下具有較大的伸縮率，充當連續體機構彎曲及變剛度的驅動單元，三個氣囊圓周排列可實現機構各個方位的彎曲；不可伸縮的剛性絲與剛性連接件為剛性連接，剛性連接件上的圓孔套在氣囊的最小直徑位置將三個柔性氣囊連接在一起；兩端的圓盤起到為氣囊提供定位、密封的作用，多節柔性變剛度單元通過圓盤相串聯。在向氣囊內沖入氣壓后，一個氣囊伸長產生的力學作用通過剛性連接件及剛性絲傳遞到其他兩個氣囊，剛性連接件起到杠桿力臂的作用，剛性絲起到杠桿支點的作用，進而實現機構的彎曲。多個單獨控制的變剛度單元串聯后可實現空間的復雜彎曲以更好的順應腔道的生理彎曲。通過對氣囊中氣壓的控制，可實現不同彎曲角度下機構的剛度控制。
[0010]與現有技術相比，本發明有如下優點:
[0011]第一，本發明采用氣動方式對每個氣囊的伸縮進行單獨控制，可實現對彎曲方位及彎曲角度的主動控制；
[0012]第二，本發明采用特殊結構的伸縮氣囊，具有較大的伸縮率，使得機構可實現較大的彎曲角度，將其嵌入內鏡器械可提高對人體腔道環境的適應性，提高手術安全性；
[0013]第三，本發明采用氣動控制方式，可實現對彎曲剛度的實時快速控制，使得結構在保持形狀的前提下能承受較大的力學作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的結構示意圖；
[0015]圖2是本發明中可變剛度柔性單元的結構示意圖；
[0016]圖3是柔性高伸縮率氣囊與剛性連接件的局部視圖；
[0017]圖4是剛性連接件及剛性絲的結構示意圖；
[0018]圖5是柔性剛伸縮率氣囊的縱截面圖；
[0019]圖6是第二圓盤的結構示意圖；
[0020]其中:1、第一柔性高伸縮率氣囊，2、第二柔性高伸縮率氣囊，3、第三柔性高伸縮率氣囊，4、剛性連接件，5、剛性絲，6、第一圓盤，7、第二圓盤，8、器械通道，9、進氣口，10、導氣管通道。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0022]實施例 [0023]如圖1至圖5所示，本發明由若干可變剛度柔性單元串聯組成，每個柔性單元包括:第一柔性高伸縮率氣囊1、第二柔性高伸縮率氣囊2、第三柔性高伸縮率氣囊3、剛性連接件4、剛性絲5、第一圓盤6、第二圓盤7、器械通道8、進氣口 9和導氣管通道10 ;在每個柔性單元中，剛性絲5穿過若干剛性連接件4并與其剛性連接，剛性連接件4上的圓孔套在氣囊的最小直徑位置將三個柔性高伸縮率氣囊連接在一起，三個柔性高伸縮率氣囊的兩端均分別與第一圓盤6、第二圓盤7相連接，器械通道8位于剛性連接件4的中心處，進氣口 9和導氣管通道10均布置在第二圓盤7上；多節可變剛度柔性單元均通過第一圓盤6和第二圓盤7串接在一起；剛性絲5為不可伸縮剛性絲，三個柔性高伸縮率氣囊縱截面均為S型彎曲形狀，第一柔性高伸縮率氣囊1、第二柔性高伸縮率氣囊2、第三柔性高伸縮率氣囊3沿剛性絲5呈圓周對稱排列，第一柔性高伸縮率氣囊1、第二柔性高伸縮率氣囊2、第三柔性高伸縮率氣囊3均通過氣動方式驅動。
[0024]本發明的操作過程如下:將內鏡手術器械插入外護套的器械通道8內，在進入人體腔道的過程中，控制柔性氣囊內的氣壓使結構彎曲，通過傳感等手段獲得腔道及外護套的形狀信息，調節氣囊內部氣壓使外護套適應腔道形狀避免對腔道內壁造成壓迫。在外護套末端到達病灶位置后，調節氣囊內部氣壓，在保持外護套形狀不變的前提下增大彎曲剛度，為內部器械對組織施加力的過程中提供力學支撐。在外護套從體內拉出的過程中，通過調節氣囊內氣壓，使得外護套獲得順應腔道形狀的彎曲，在對腔道內壁無壓迫的前提下拉出體外，完成手術。
【權利要求】
1.一種可變剛度的內鏡手術器械外護套，其特征在于，它是由若干可變剛度柔性單元串聯組成，每個柔性單元包括:第一柔性高伸縮率氣囊(I)、第二柔性高伸縮率氣囊(2)、第三柔性高伸縮率氣囊(3)、剛性連接件(4)、剛性絲(5)、第一圓盤(6)、第二圓盤(7)、器械通道(8)、進氣口(9)和導氣管通道(10);在每個柔性單元中，剛性絲(5)穿過若干剛性連接件(4)并與其剛性連接，剛性連接件(4)上的圓孔套在氣囊的最小直徑位置將三個柔性高伸縮率氣囊連接在一起，三個柔性高伸縮率氣囊的兩端均分別與第一圓盤(6)、第二圓盤(7)相連接，器械通道(8)位于剛性連接件(4)的中心處，進氣口(9)和導氣管通道(10)均布置在第二圓盤(7)上；多節可變剛度柔性單元均通過第一圓盤(6)和第二圓盤(7)串接在一起。
2.根據權利要求1所述的可變剛度的內鏡手術器械外護套，其特征在于，所述剛性絲(5)為不可伸縮剛性絲，所述三個柔性高伸縮率氣囊縱截面均為S型彎曲形狀。
3.根據權利要求2所述的可變剛度的內鏡手術器械外護套，其特征在于，所述第一柔性高伸縮率氣囊(I)、第二柔性高伸縮率氣囊(2)、第三柔性高伸縮率氣囊(3)沿剛性絲(5)呈圓周對稱排列。
4.根據權利要求3所述的可變剛度的內鏡手術器械外護套，其特征在于，所述第一柔性高伸縮率氣囊(I)、第二柔性高伸縮率氣囊(2)、第三柔性高伸縮率氣囊(3)均通過氣動方式驅動。
【文檔編號】A61B17/94GK103584829SQ201310511754
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】羅云, 趙儒鎮, 趙爽, 李祥, 張文光 申請人:上海交通大學